精益設計提升汽車覆蓋件模具制造效率

        車型更新隨著汽車行業競爭的日益激烈而越來越快，周期越來越短。模具開發部門需要對模具開發各環節進行總結分析，縮短開發周期，以達到提升模具開發效率的目的。
       [page] 汽車覆蓋件模具的開發分為設計與制造兩個階段。設計包括沖壓SE、沖壓工藝DL圖設計、CAE分析與模面補償設計、CAM模面設計、模具結構設計、FMC、結構以及模面編程，制造包括FMC制作、鑄鍛坯準備、一次加工、初組裝、二次加工、裝配、研配、調試以及品質提升與交付等過程。模具開發周期中，整車的模具設計周期通常約為4～5個月，而模具制造周期長達12個月，調試與品質提升占5～6.5個月，因此，提高模具的制造效率對于縮短開發周期意義重大。
　　1. 覆蓋件模具設計與制造現狀
　　覆蓋件模具的開發近幾年在技術上已取得較大進步，大都已實現三維DL圖設計，工藝進行全工序CAE分析，已開始模面補償設計，模面進行不等間隙設計。模具結構進行三維實體設計，進行動態干涉模擬、廢料滑出模擬以及沖壓自動線模擬等。
　　模具制造上，已實行FMC三維加工，一次加工全程序化，二次加工自動化，模具淬火(推行中頻淬火和火焰淬火)，部分企業已開展激光淬火，推行火后型面精加工。模具制造已開展“一個流”的制造模式。
　　模具制造周期長的主要原因包括：部分零件裝夾困難，凸凹模間隙不合適、研配工作量大，部分零件開裂、起皺和回彈等缺陷需反復調試整改，計劃管理不當以及設計錯誤等。
　　2. 工藝與模面設計問題
　　(1)產品工藝性不合理，從沖壓工藝上難以完全解決，零件達不到質量要求，調試難度大，造成模具更改或多次反復調試。
　　(2)CAE分析參數設置不合理或者分析選用材料性能優于生產實際使用的性能，分析未考慮安全裕度或產品的特殊要求，從而造成工藝設計數據與制造調試結果偏差較大，造成調試的反復。
　　(3)工藝數據或零件產品數據存在缺陷問題，造成后期要在調試中解決。
　　(4)模面間隙設計不合理，造成后期研配的工作量較大，設計未考慮零件成形過程中材料的厚薄變化、機床的凹心補償及零件的膨脹處理等。如圖1所示頂蓋拉延模未著色部位，是按料厚間隙設計的，造成已著色部位的型面余量需要全研配掉，浪費30多小時。
　　( 5 ) 修邊刃口角度不合理，或正修側修交接刀處易產生毛刺，常造成調試的反復。修邊刃口展開精度不夠或試料驗證不準，造成刃口調整及補焊加工，特別是有時整改的刃口不垂直、不鋒利以及間隙不均勻，產生毛刺，需多次調試。
　　(6)模面設計未考慮清根或強壓區域大，需要鉗工清根或研配工作量大。如圖2所示為一個地板拉延凸模著色情況，數據整理時圓角未作清根處理，大面積未著色，需要研配解決。
　　(7)工藝信息傳遞不到位，如：鉗工不了解模具各部位的研合要求，表面處理人員對淬火區域了解不到位，造成返工或信息確認時間長。
　　3. 模具設計與制造工藝上的問題
　　(1)模具排氣孔、螺釘孔未設計出來，需要鉗工自己打，鉗工為讓開背面的筋，找排氣孔位置費時費力，螺釘孔配作，需要串行，周期長。側向的孔鉗工打孔效率較低。
　　(2)斜楔和滑塊等或部分小拼塊的裝夾困難，設計未考慮裝夾工藝夾頭，往往評審時在現場增加。未有夾頭在加工時需要多次裝夾才能完成，加工精度低;有的實型制作時是現場加的，編程不了解夾頭位置，程序與實物不符，易造成撞刀的安全隱患，經常造成程序的反復。
　　(3)模具標識無規范，設計實體無標識。特別是無圖化生產，鑄件拼塊剛進廠時，零件的區分查找存在困難，浪費區分時間。
　　(4)型面數銑加工參數有待優化。傳統設定精加工余量為0.15mm，模面精銑后的精度±0.05mm，表面粗糙度達不到要求，尺寸精度差，研合工作量大，周期長。
　　(5)工藝設計上，修邊、翻整拼塊型面和刃口在模座和拼塊螺釘緊固一體后加工，模座和拼塊加工的串行影響到模具的制造周期。
　　4. 沖壓工藝與模面設計注意事項
　　沖壓工藝與模面設計時應注意以下幾點：
　　(1)接到產品數模時就開展沖壓SE，結合數據庫、CAE分析結果和評審表單內容，應用FEMA技術進行分析，將產品問題以ECR報告的形式與產品設計部門溝通，**大限度地優化產品工藝性，在工藝方案設計時，考慮零件的質量保證。
　　(2)CAE精算。建立內外板及典型件的CAE參數設置規范和評價標準，建立典型件的數模再造補償方案庫。例如CAE安全裕度的規定、材料的選定要求、各種材質減薄率要求、材料滑移要求以及全工序分析的零件合格率要求等，滿足要求的才能下行。在模具上刻出收縮線、毛坯上設定網格，零件調試時，CAE與調試對比，將結果納入到數據中。
　　(3)設計流程中增加加工模面數據和產品數據的確認環節，CAE分析時對外板零件進行評價，對凹陷處增加模面補償，減少鉗工的大量研配工時。如圖3所示為背門外板CAE分析牌照角部凹陷情況，結合經驗模面提前對角部進行揪起補償(見圖4)，調試驗證效果較好(見圖5)。
　　(4)建立模面間隙設計標準。拉延模面設計時考慮使用沖壓機床的凹心(檢測調試沖床和用戶機床工作臺、滑塊的凹心，建立數據庫)，根據零件大小和種類進行模面揪起補償;拉延模模面設計進行膨脹處理;拉延筋管理面強壓和空開面的間隙處理;考慮零件功能面和解決回彈的強壓和空開區的間隙處理;考慮材料變薄的模面間隙補償;后序模具模面設計，壓件器的強壓區和整形拼塊間隙負間隙;對材料變薄處的模面間隙補償。圖6所示為修沖模壓件器按間隙標準設計的模面，加工經簡單拋光后的著色圖片，研合率滿足質量要求。
　　(5)工藝設計重視修邊毛刺問題，允許條件下優先分序修邊，對刃口線展開的數據驗證總結提升CAE分析精準度，保證毛坯展開準確，取消刃口線驗證內容。
　　(6)建立標準模面設計時對非重要圓角進行清根設計。
　　(7)設計信息及時準確地傳遞到位是減少反復的重要一環，為保證信息的暢通，建立規范和信息單，如下發數據交接單、研配著色卡、翻整類模具的淬火區域指示圖等，規范和信息單均放在PDM及ERP中。圖7所示為供鉗工使用的拉延模著色卡。
　　5. 模具結構設計與制造工藝優化
　　(1)排氣孔和螺釘孔。模具排氣孔和螺釘孔設計出來，在數控銑上打出來，或者垂直的孔點窩，側向的在數控銑上打出來，垂直孔鉗工鉆，縮短鉆孔時間，提高精度(見圖　8)。
　　(2)建立異形凸模、斜楔和滑塊等零件的裝夾支撐系統規范，設計預留工藝夾頭，可達到編程和加工的統一，提高加工效率和精度。設計滑塊的夾頭和裝夾使用示例如圖9所示。
　　(3)模具標識。結合各用戶和模具工廠的特點，建立模具標識標準，在鑄件模座上和拼塊上設計出標識或標識打印位置，在鑄件上優先鑄出來，操作者按照標識查找或對號安裝即可，也方便了模具維修。圖10所示為修沖模滑塊和安裝面標識示例。
　　(4)對影響精度和效率的數銑型面加工工藝參數進行研究，結合零件的各部位特征，對刀具轉速、進給、步距、切削方式和加余量設定優化規范。例如模面精加工余量調整為0.05mm、調整刀具轉速和進給，模面的數銑半精和精加工效率提升40%以上，型面粗糙度、精度也得到大幅提升。
　　(5)修邊和翻整拼塊加工工藝路線的調整。修邊和翻整拼塊型面和刃口分步加工到位，熱處理后再組裝，對于修邊模具的刃口也只留火后精加工的余量，從編程上就分開實施，節約了拼塊型面和刃口加工及熱處理的周期。
　　6. 結語
　　隨著覆蓋件模具數據庫的完善和分析軟件的深入應用，以及機床加工精度的提高，只要技術階段各項設計工作細化，在設計階段考慮前述各種問題，從產品設計、工藝設計和模具設計源頭開始，進行充分的虛擬驗證，對以前發生過的問題或分析發現的缺陷加以預防，及早采取措施，信息傳遞到位，就可減少裝配、加工裝夾及輔助時間，提高制造精度，必然會極大地減少研配時間和調試次數，滿足沖壓件質量要求，**終達到縮短模具制造周期的目的。